NL8202866A - Bestrijding van alkalische ketelsteen. - Google Patents

Description

----ν-·-ρπ — — ! ' - ·"" 1 ~ ..............

ί £ . Λ * ►

Bestrijding van alkalische ketelsteen.

De uitvinding heeft betrekking op de bestrijding van ketelsteen en in het bijzonder op een verkvijze en in-richbing voor het aanzienlijk verminderen van de snelheid en de mate van vorming van ealciumcarbonaat- en magnesiumhydroxyde-5 ketelsteen in apparatuur voor de destillatie van water of zelfs voor het elimineren daarvan.

Er is veel onderzoek verricht op het verminderen of zelfs geheel elimineren van de vorming van alkalische ketelsteen bij de destillatie van water dat opgeloste magnesium- en/of 10 calciumzouten bevat, zoals brak water of zeewater. In alle typen apparatuur voor de destllatie van zeewater leidt de verhitting van zeewater tot een temperatuur tot circa 82°C tot de vorming van een ketelsteen die overwegend bestaat uit ealciumcarbonaat (CaCO^). Bij temperaturen van circa 93°C overheerst ketelsteen 15 op basis van magnesiumhydroxyde /“Mg(0H)“7 bij een temperatuur tussen circa 82°C en 93°C kan men elk van de genoemde typen ketelsteen of mengsels daarvan tegenkomen. ealciumcarbonaat en magnesiumhydroxyde ketelsteen worden tezamen aangeduid als alkalische ketelsteen.

20 Daar ketelsteen een warmte-isolator is, leidt zelfs een dunne laag ketelsteen op warmteuitwisselingsopper- vlakken of andere onderdelen van procesapparatuur tot een wezenlijke vermindering van het warmteoverdrachtsvermogen van de onderdelen. Ophoping van ketelsteen op verdamperbuizen kan 25 leiden tot een wezenlijke vermindering van de doorvoercapaciteit^ verhoging van de energietoevoer per eenheid van doorvoercapaci-teit of tot beide. Ophoping van ketelsteen leidt tot herhaaldelijk stoppen van een proces of installatie, waaraan aanzienlijke kosten zijn verbonden, net als de rechtstreekse van het reinigen 30 van buizen waarop ketelsteenafzetting is opgetreden.

Er zijn allerlei middelen gebruikt in pogingen om de vorming van een ketelsteen in zeewaterdestillatieinstalla-ties te verminderen of geheel te elimineren, maar het altijd 8202866

•V

- 2 -

I I

met een beperkt succes. In pogingen om de totale alkaliteit (de som van bicarbonaat- (HCO^"), carbonaat- (CO^ ) en hydroxyl- (OH-) ionen) in de pekel in verdsunpers ongedaan te maken heeft men in het algemeen anorganische zuren toegevoegd 5 aan de voedingsstromen van destillatie-eenheden. Een effektfeve regeling of beheersing van de ketel steenvorming door continu toevoegen van zuur is echter moeilijk, als gevolg van de sterk corrosieve aard van anorganische zuren en de gevoeligheid van de reakties die leiden tot ketelsteenvorming voor de 10 zuurconcentratie. Een nauvkeurige regeling van de zuurdosering is vereist, omdat toevoegen van een overmaat zuur aan een voedingsstroom van zeevater leidt tot corrosie van de apparatuur, tervijl toevoegen van een onvoldoende hoeveelheid zuur leidt tot een snelle ketelsteenvorming. Continue toevoeging van zuur 15 is een kostbare maatregel en» tenzij kooldioxyde dat bij de cbemische reaktie tussen de alkaliteit van zeevater en zuur vordt gevormd praktisch volledig vordt verwijderd, bijvoorbeeld door ontluchten, treden grote corrosiesnelbeden van verdamper-onderdelen uit koperlegeringen of staal op. Dit is bij vele 20 destillatie-inrichtingen voor zeevater onpraktisch,

Het gebruik van anorganische of organische cbemische ketelsteenvormingsregelaars ter voorkoming van de vorming van alkalische ketel steen heeft slechts in beperkte mate tot succes geleid en is dikvijls niet effektief bij 25 betrekkelijk hoge pekeltemperaturen. Met andere voorden, hoevel vele in de handel verkrijgbare toevoegsels voor de regeling van ketelsteenvorming een goede beheersing geven van de vorming van calciumcarbonaatketelsteen, zijn dergelijke chemische middelen slechts in marginale mate effektief voor de beheersing van 30 magnesiumhydroxydeketelsteenvorming bij betrekkelijk hoge temperaturen.

Men heeft reeds lang ingezien dat het vrij-komen van kooldioxyde uit pekel als gevolg van let koken de ontleding bevordert van bicarbonaat en carbonaationen in de 35 pekel vat uiteindelijk leidt tot de vorming van hydroxylionen 8202866 £ ' * - 3 - en onoplosbaar magnesiumhydroxydeketelsteen bij hoge temperaturen. Er zijn dan ook vel pogingen gedaan om de vorming van lydroxyl-ionen te remmen door toevoeging van kooldioxyde onder druk aan pekel die vordt verhit onder omstandigheden waarbij geen koken 5 optreedt, bijvoorbeeld in meertrap sont spanningsverdampers, teneinde de reaktie die leidt tot de vorming van bydroxylionen te remmen.

Eoevel dit tot enig succes heeft geleid op proeffabrieksschaal in meertrapsont spanningsverdampers vaarin pekel vordt verhit onder druk en ont spanningsverdamping plaats 10 vindt in een van de verhittingstrap gescheiden kamer, heeft deze benadering geen succes gehad in andere type verdampers vaarin kokende pekel rechbstreeks in contact komt met vararte-overdrachtsoppervlakken. De aanvezigheid van vrij (chemisch niet gebonden) kooldioxyde bevordert bovendien de corrosie en 15 dit heeft de toevoeging van kooldioxyde in alle mogelijke typen verdampingsinrichtingen, op tecbnische schaal onpraktisch gemaakt.

In Amerikaans octrooischrift 3.218.2U1 vordt een verkvijze beschreven voor de regeling en beheersing van de vorming van ketelsteen in meertrapsontspanningsverdanpings-20 systemen (MSP) voor de bereiding van zoet vater door de concen-tratie van kooldioxyde in onder druk staande pekel die vordt verhit op een niveau te houden dat voldoende is om de hydrolyse van bicarbonaationen tot carbonaationen te remmen. Dit octrooischrift vermeldt dat dit resultaat kan vorden bereikt door 25 kooldioxyde dat tijdens de destiLlatie van het als voeding dienende zeewater is vrijgekomen te recirculeren. Dit Amerikaanse octrooischrift leert dat de vorming van ketelsteen kan vorden vertraagd door toevoeging van glasachtige fosfaten of andere cbemicalien met gelerende of bevochtigende eigenschappen.

30 Toevoeging van zuren kan nodig zijn bij hoger temperaturen.

De in het Amerikaanse octrooischrift 3.218.2^1 beschreven verkvijze vereist echter een betrekkelijk lage pE (bijvoorbeeld 7»5 of lager) en extreem hoge concentratiesaan vrij kooldioxyde (bijvoorbeeld ^-15 dpm). Dergelijke condities - 35 geven slechts bestrijding van ketelsteen ten koste van betrekkelijk 8202866 * t ♦ - k - hoge corrosiesnelheden van de gevoonlijk gebruikte onderdelen van de apparatuur uit staal en koperlegeringen. Deze oplossing van het probleem van het beheersen van de vorming van alkalische ketel steen heeft dan ook veinig of geen toepassing op tecbnische 5 schaal gevonden. .

Samenvattend kan vorden gezegd dat het probleem van het beheersen van de vorming van alkalische ketel steen in technische zeewaterdesbillatieinstallaties op verschillende vijzen is benaderd. Installaties die verken bij betrekkelijk 10 lage temperatuur (dat wil zeggen beneden circa 88°C) kunnen gebruikmaking van de toevoeging van polyfosfaten of andere demise he toevoegsels voor de beheersing van ketel steenvorming om de vorming van calciumcarbonaatketel steen te beheersen en te regelen. Verken boven circa 88°C heeft de continue toevoeging 15 van zuur vereist aan het voedingsvater, gevolgd door ontluchben om de alkalitijd van het voedingsvater veg te semen en kooldioxyde uit het systeem te vervijderen. Anderzijds is ook continue toevoeging van een chemisch toevoegsel voor de beheersing van ketelsteenvorming in combinatie met mechanische middelen 20 (bijvoorbeeld sponsrubber bolletjes van het Taprogge type) toegepast voor het vervijderen van zachte ketel steen van varmte-overdrachtsoppervlakken, of in combinatie met een partiele destructie van de alkaliteit van hst voedingsvater door continue , toevoeging van zuur gevolgd door ontluchten ter vervijdering van 25 kooldioxyde.

Vroegere systemen vereisen in het algemeen een periodieke stopzetting van de installatie en circulatie van zuur ter vervijdering van opgehoopte ketelsteen. Het herhaalde-lijk stopzetten van de installatie en demonteren heeft een 30 negatief effekt op de effektiviteit van de toegepaste chemische en/of mechanische behandeling. In het algemeen vordt getracht een evenvicht te bereiken tussen de kosten, de complexiteit en de corrosiegevaren van de methode van voorbehandeling die vordt toegepast voor het beheersen van de ketelsteenvorming en de —35 kosten, het produktieverles en de corrosie die verbonden zijn 8202866 \ ' I * - 5 - met stopzetten en demonteren en het periodiek reinigen met zuur.

De uitvinding heeft nu ten doel een of meer van de bovengenoemde problemen te ondervangen.

5 Volgens de uitvinding vorden tenminste een chemisch toevoegsel voor de beheersing van ketelsteenvorming met een hoge temperatuur-drempeleffekt en kooldioxyde opgelost in de pekel van een inrichting voor de destillatie van vater of dergelijke zodat de concentratie aan vrij (niet gebonden) 10 kooldioxyde in de pekel op een zeer laag niveau vordt gehouden (bijvoorbeeld kleiner dan circa 1 dpm), tervijl (in het geval van verken met zeewater) de pH van de pekel tussen circa 8,7 en 9*3 vordt gehouden en de alkaliteit F van de pekel op een vaarde tussen circa 20 en 90 dpm berekend als CaCO^ vordt 15 gehouden. Een dergelgke behandeling vermindert niet de totale alkaliteit van de pekel, maar verlaagt op effektieve vijze de concentratie aan hydroxylionen en carbonaationen in de pekel ten opzichte van de concentraties die heersen als het chemische toevoegsel alleen vordt gebruikt en elimineren 20 op deze vijze in aanzienlijke mate de ketelsteenvorming, . door significant verlagen van de omzetting van bicarbonaation in carbonaation en tiiteindelijk in hydroxylion. ;

De uitvinding is in het bijzonder effektief in verdampersystemen waarin pekel vordt gekookt door contact 25 met hete varmteoverdrachtoppervlakken, zoals bijvoorbeeld het geval is in zeevaterdestillatiesystemen met dampcompressie. Oplossen van kooldioxyde in pekel die vat CO^ heeft verloren als gevolg van een verdampingsproces verlaagt het effektieve verlies van COg, vaardoor de Opvaartse verschuiving van de 30 hydroxylionenconcentratie vordt verminderd door de ontleding van bicarbonaation in een zodanige mate te remmen dat de aanvezigheid van het chemische toevoegsel voor de beheersing van ketelsteenvorming praktisch volledig de vorming van calciumcarbonaat en magnesiumhydroxydeketelsteen elimineert.

35 Op deze vijze vorden de tvee hoofdoorzaken van de vorming van 8202866 4 - 6 - t r alkalische ketelsteen geneutraliseerd.

Op deze vijze worden de tegenvoordig in de handel verkrijgbare chemisehe toevoegsels voor de beheersing van lost elsteenvorming effektief gemaakt voor het praktisch 5 volledig elimineren van de vorming van alkalische ketelsteen.

Dit synergistische effekt vordt verkregen zonder een vezenlijke verhoging van de corrosiesnelheid, omdat de totale alkaliteit van de pekel niet vordt verlaagd en een eventuele’vermindering van de pH van de pekel niet voldoende 10 is om de corrosiesnelheden van constructiematerialen zoals gevoonlijk vordt toegepast in destillatieapparatuur, vezenlijk te verhogen. Men kan zo de maximale doorvoercapaciteit over langere perioden handhaven en een aanzienlijke vermindering bereiken van het stopzetten en demonteren van de installatie.

15 Het destillaat en de pekel zijn niet vezenlijk meer corrosief dan ze zijn bij een drempelbehandeling met chemisch toevoegsel alleen en zijn minder corrosief dantet geval is bij een behandeling met kooldioxyde alleen.

Andere doelstellingen en voordelen van de 20 uitvinding zullen blijken uit de hierna volgende meer gedetailleerde bescbrijving van de uitvinding vordt gegeven mede aan de hand van de tekeningen.

Fig. 1 geeft schematisch, gedeeltelijk in doorsnede, een destillatie-inrichting met dampcpmpressie 25 veer vaarin de onderhavige uitvinding vordt toegepast.

Fig. 2 geeft een aanzicht veer van een gedeelte van de kooldioxydeinvoerleiding van de inrichting volgens fig. 1, gezien in de richting van de doorsnede 2-2 van fig. 1j 30 fig. 3 geeft schematisch, gedeeltelijk in doorsnede, een voorkeursuitvoeringsvorm veer van een destilla-tieinrichting met dampconqpressie vaarin de maatregelen volgen s de uitvinding vorden toegepast.

De uitvinding voorziet in een verkvijze en 35 inrichting voor het verminderen of nagenoeg elimineren van 8202866 --- —^· - ιι·ι-~··|· - —'-· '· 'i-iMigr rnru"—·—*·^-·—-—“-"‘‘-r—'-inif ·· -μγ-ίγ —» *^·-^·· - --- -—; -— —--------------- ------ \ - 7 - de vorming van alkalische ketelsteen in alle mogelijke typen apparatuur waarin water dat opgeloste magnesium en/of calciumzouten bevat die bij aanwezigheid van bicarbonaat ontledingsprodukten kunnen precipiteren als ketelsteen, in 5 contact komt met oppervlakken van de inrichting tijdens een verdarapingsproces. De uitvinding is in het bijzonder gunstig voor installaties voor de onteouting van zeewater, maar kan ook in allerlei andere typen van apparatuur nuttig zijn en kan bijvoor-beeld worden toegepast bij de bereiding van flessen met gedestil-10 leerd water of water voor farmaceutische toepassingen, of bij het concentreren van spuistromen van koeltoren s door ver-damping.

Wanneer hier wordt gesproken over ^zeewater" omvat die term mede brak water. Met de term "pekel" wordt 15 bedoeld water dat opgelosteinagnesium en/of calciumzouten bevat en dat is of wordt onderworpen aan verdamping. Met de term "verdamping" wordt in deze aanvrage bedoeld een proces waarbij een volume water kooldioxyde verliest gelijktijdig met een verlies aan zuiver water.

20 Calciumcarbonaatketelsteen ontstaat bij de thermische ontleding (bij betrekkelijk lage temperaturen) van bicarbonaten en reaktie van de gevormde carbonaten met calcium dat in het in zeewater aanwezig is volgens de vergelijkingen: 2HC0“3J?D02t + C03“2 +1^0 (1) 25

Ca+2 + CO ”2 r± CaCO.jr (2) 3 3

Carbonaationen komen in pekel voor bij pH waarden van circa 8,3 of hoger

Verhitten van zeewater op hogere temperaturen maakt dat carbonaten reageren met water onder vrijmaken van 30 meer kooldioxyde en vorming van hydroxylionen die precipiteren als magnesiumhydroxyde, volgens de vergelijkingen: C03”2 + H20<=5 COgf + 20H" (3)

Mg+2 + 20H~£* MgCOHjgi (¾) 8202866

t I

- 8 -

Koken van zeewater bevordert de vorming van ketelsteen volgens de bovengenoemde reakties. De mate vaarin de bovengenoemde reakties verlopen neerat toe met stijgende kooktemperatuur met toenemende verblijftijd en met toename van 5 de concentratiefaktors. C02 dat vrijkomt uit pekel door te koken vordt conventioneel uit verdampersystemen afgevoerd door het naar de atmosfeer af te laten tezamen met andere niet condenseer-bare gassen zoals stikstof en zuurstof.

Volgens de uitvinding en tegengesteld aan de 10 eerdere praktijk verd gevonden dat de vorming van ketelsteen op varmteoverdrachtoppervlakken en op andere onderdelen van procesapparatuur onder bepaalde omstandigheden die bierna worden be schreven prakti s:h kan vorden geelimineerd of althans tot een minimum kan vorden beperkt door COg op te lossen in 15 pekel die verd ondervorpen of vordt ondervorpen aan een ver-dampingsproces en zodoende een aanzienlijke hoeveelheid carbonaationen bevat afkomsbig van de ontleding van bicarbonaten die in voedingsvater aanvezig zijn, als hfet COg aan de pekel vordt toegevoegd gelijktijdig met of na verdamping van een deel 20 ervan en als de pekel ook een uitgekozen chemisch toevoegsel voor beheersing van ketelsteenvorming met een hoge temperatuur-drempel effekt bevat.

Het toegevoegde CO- vordt bij voorkeur aan de , i ^ pekel toegevoerd door tenminste een deel van bet COg dat uit de 25 pekel vrijkomt bij het koken te recirctxleren.

Het COg vordt opgelost in de pekel met hiema meer in detail beschreven middelen, zodat de concentratie aan vrij (chemisch niet gebonden) COg in de pekel beneden circa 1 dpm vordt gehouden en bij voorkeur beneden circa 0,5 dpm. Dit 30 is essentieel omcLat de aanvezigheid van vrij COg de neiging van opgelost COg om uit de pekel te vorden gestript bij het koken versterkt. Gestript COg vordt in het algemeen meegevoerd naar dampruimten en destillaatverzamelruimten vaardoor corrosie-snelheden vorden verhoogd.

- 35 De aanvezigheid van opgelost kooldioxyde in 8202866 i V Μ-· ~ *·-' |··| ···"·· ---- —-— - in , i n, rT^:- ^ -1»·»*· ···** ···- -Αΐ·»^Μ*ϋ—mm».· « ————— — — ------.... _ % - 9 - de kokende pekel van de verdamper verschuift het evenwicht van de hiervoor genoemde vergelijkingen (1), (2) en (3) naar links, waardoor de ontleding van bicarbonaatinnen wordt geremd. In feite werken de carbonaationen als een "spons" ten opzichte van het 5 kooldioxyde, waardoor ver lies daarvan in vrije vorm wordt vermeden.

De neiging van magnesium om als magnesiumhydroxyde te precipi-teren wordt zo vermindert of praktisch geelimineerd. Voorts verhindert de aanwezigheid van het chemische toevoegsel voor de beheersing van ketelsteenvorming de hiervoor genoemde precipita-10 tiereaktie (2), in het algemeen door verhogen van de oplosbaar-heid van calciumcarbonaat over langere perioden bij verhoogde temperatuur, waardoor de vorming van calciumcarbonaatketelsteen nagenoeg wordt vermeden of tot een minimum wordt beperkt.

Er wordt een echt synergisme bereikt tissen het 15 ehemische toevoegsel en opgelost kooldioxyde omdat, terwijl de aanwezigheid van het chemische toevoegsel alleen de calcium-carbonaatvorming elimineert of vermindert, het de snelbeid van vorming van magne siumhydroxydeketelsteen slechts in beperkte mate remt, wat in vele installaties onvoldoende is. Behandeling 20 met kooldioxyde alleen in een maatdie nodig is voor het beheersen van de vorming van alkalische ketelsteen zoals wordt voorgesteld in Amerikaans octrooischrift 3.218.2^1, verlaagt op een drastische wijze de pH van de pekel en verhoogt de concentratie aan vrij kooldioxyde wat leidt tot ontoelaatbare 25 corrosiesnelheden.

Volgens de uitvinding wordt een groot deel (bijvoorbeeld meer dan circa 70-75 %) van de vermindering van de snelheid waarmee alkalische ketelsteen wordt gevormd, bereikt door het chemische toevoegsel voor de beheersing van 30 ketelsteenvorming, maar toevoeging van kooldioxyde in combinatie met het chemisch toevoegsel teneinde een alkaliteit P van de pekel en een pH te bereiken binnen specifieke trajekten bewerkstelligt een praktisch volledige eliminatie van ketelsteenvorming.

35 Het is karakteristiek voor een systeem waarin 8202866

( I

- 10 - de werkwijze volgens de uitvinding wordt toegepast dat de totale alkaliteit van de pekel, gemeten als de totale. concen-tratie aan hydroxyl-, carhonaat- en hicarbonaationen, vordt verlaagd door toevoegen van kooldioxyde aan pekel die het 5 chemische toevoegsel met drempelverking bevat. De concentraties aan hydroxylionen en carbonaationen worden echter verminderd door remmen van de ontleding van bicarbonaationen tot carbonaationen door toevoeging van kooldioxyde. Eliminatie van de ontleding van bicarbonaation is niet nodig.

10 De totale alkaliteit zoals hiervoor gedefinieerd wordt conventioneel aangeduid als de M-alkaliteit" en wordt uitgedrukt in per dpm equivalenten CaCO^, zoals bepaald door titratie met een standaard anorganisch zuur onder toepassing van methyl oranje indicator bij kamertemperatuur tot pH 4,5.

15 (Hoewel sommige standaard tekstboeken voorschrijven dat wordt getitreerd tot een eindpnnt van pH 4,3» is het in de techniek van de zeewaterdestillatie conventioneel om een pH 4,5 als eindpunt te gebruiken. De "P-alkaliteit" van pekel is het aantal dpm equivalent met CaCO^ zoals wordt bepaald met 20 titratie bij kamertemperatuur met als standaard anorganisch zuur onder toepassing van fenolfthalein als indicator waarbij wordt getitreerd tot pH 8,3·

De standaardmethode voor de bepaling van P- en M-alkaliteit van pekel worden beschreven in Powell, 25 Vater Conditioning for Industry, biz. 473-475 (McGraw-Hill 1954).

In de praktijk van de uitvinding wordt, in ver-band met de destillatie van zeewater, de P-alkaliteit van pekel gehandhaafd tussen circa 20 en 90 dpm en bij voorkeur tussen 30 een pH van circa 8,7 en 9*3, door toevoegen van een chemisch toevoegsel voor beheersing van ketelsteenvorming met een hoge temperatuurdrempeleffekt, in cambinatie met kooldioxyde.

De M-alkaliteit van de pekel vordt niet verlaagd.

Bij toepassing van de uitvinding op destillaties 35 die worden uitgevoerd met zoet water, kan de toevoeging van 8202866 ----- -· · ~ ·*·»·· .· · . ....--i-r ’ , · . · ~ -- - ··> — 1"' ^**--ΐιι ιΐΊ1~ r* — . · ---------------------« I «<! «.'nJl - ιι·ί«ιΐί·ίιΙ··ι>ι Λ» ·ι·Ιι·^·Ιι »..«»»«.». ι»ι.·^ι·'·Π'ηι * t 1 - 11 - kooldioxyde aan pekel die is behandeld net het chemi sche toe-voegsel met drempelverking, veinig .of geen verlaging in de P-alkaliteit veroorzaken, maar wel een vezenlijke verhoging ▼an de M-alkaliteit, tezamen met een geringe verlaging van de 5 pH (bijvoorbeeld met circa 0,2 tot 0,5 eenheden) in vergelijking met de pekel die is behandeld met alleen chemisch toevoegsel met drempelverking.

De keuze van de P-alkaliteit en pH binnen de genoemde grenzen zal afhangen van variabelen in de verkomstandig-10 heden of apparatuur zoals het type verdamper, de constructie- materialen van de verdamper, de verktemperatuur, de destillatie-graad van de pekel met voeding in meertrap sont spanningsverdamper-eenheden, enz.

Gevonden verd dat verken volgen s de uitvinding 15 er in het algemeen toe leidt dat de vaarde (2P-M)beneden nul wordt gehouden*

Hbevel er de voorkeur aan vordt gegeven dat gasvormig kooldioxyde rechtstreeks in de pekel vordt geinjekteerd kunnen ook andere middelen voor het inbrengen van kooldioxyde 20 in de pekel vorden gebruikt. Bijvoorbeeld zijn uitstekende | resultaten bereikt door gasvormig kooldioxyde op te lossen j in een vaterstroom, bijvoorbeeld in een klein gedeelte van de voedingsstroom van zeevater en door daama de behandelde vaterstroom toe te voegen aan de pekel in de verdamper. Hoevel | 25 derhalve een kleine hoeveelheid van de voeding kan vorden behandeld met kooldioxyde voor dat verdamping plaats vindt, moet in dit geval de pekel als geheel vorden beschouvd als te zijn behandeld met kooldioxyde praktisch gelijktijdig met of na verdamping.

30 Kooldioxyde kan uit verschillende bronnen vorden verkregen, bijvoorbeeld een gasfles met CO^, verbrandingsgassen vaaruit verontreinigingen zijn vervijderd, enz. Er vordt echter de voorkeur aan gegeven om kooldioxyde dat is vrijgekomen uit pekel bij het koken of ont spanningsverdampen te recirculeren.

35 Er dienen slechts geringe hoeveelheden van de niet-condenseer- 8202866

[ I

- 12 - bare gassen die uit bet systeem werden verwijderd te worden gerecirculeerd, daar grote hoeveelheden andere niet condenseer-bare gassen dan COg, zoals 02 en Jig de warmteoverdracht in de verdamper belemmeren door vorming van een gaskussen over 5 warmteoverdrachtsoppervlakken.

Een hoeveelheid COg die voldoende is om de ontleding van bicarbonaation te belemmeren (en dus praktisch te remmen) maar onvoldoende is om te leiden tot de aanwezigheid van een aanzienlijke hoeveelheid vrij (chemisch niet gebonden) TO COg dient in de pekel te worden ingevoerd. In de praktijk werd gevonden dat een invoersnelheid van COg van circa 0,2 kg/h, berekend op de toevoersnelheid van het zeewater van circa 2,6 m /h voor een afvoersnelheid van destillaat van circa 1,1U nr/h in een destillatieeenheid met dampcompressie (VC) 15 met een doeeeraielheid van chemisch toevoegsel gelijk aan of kleiner dan wordt aanbevolgen door de fabrikant, voldoende was voor het verlagen van de P-alkaliteit vanaf een waarde van 127 dpm tot een waarde van 86 dpm. De pH werd verlaagd van 9,5 tot 9*25, zonder recirculatie van ontwijkende gassen. De 20 hoeveelheid vrij COg in de pekel dient kleiner te zijn dan circa 1 dpm en bij voorkeur kleiner dan 0,5 dpm. Hoewel invoeren van COg in pekel kan leiden tot verlaging van de pH van de pekel, werd gevonden dat verlagingen van de pH van sleclxts 0,2 tot 1,0 pH eenheden optreden bij toevoegen van 25 een hoeveelheid COg zoals nodig is om de P-alkaliteit van de pekel in het gewensfce trajekt van 20 tot 90 dpm te brengen. De pH van de pekel die werd behandeld met chemisch toevoegsel en met COg dient tussen circa 8,7 en 9*3 te liggen, gemeten bij kamert emperatuur.

30 De efficientie van het COg-injektie esteem is, uiteraard, een faktor bij de bepaling van hoe efficient COg door de pekel wordt geabsorbeerd.

De werkwijze volgens de uitvinding is in het bij zonder geschikt voor toepassing op werkwijze voor de _35 destillatie van zeewater die werkan met pekeltemperaturen van 88°C of hoger, zoals typisch optreden in meertrapsontspannings- 8202866 % *

t I

- 13 - verdampings (MSF) destillatieapparaten. De verkvijzetan eehter ook metuit stekend resultaat vorden toegepast op destillatie-apparatuur van het dampcompre ssie (VC) type die, hoevel ze bij vezenlijk lagere pekeltemperaturen kunnen werknn dan MSF 5 instdlaties, relatief grote problemen kunnen geven met ketel- steen.

Zoals hiervoor opgemerkt is de uitvinding gelegen in het oplossen in pekel van C02 in combinatie met een of meer uitgekozen chemische toevoegsels voor het beheersen 10 van ketelsteenvorming bij hoge temperatuur die een remmend effekt hebben op de drempel voor ketelsteenvorming door hand-haven van een hoge concentratie aan carbonaationen in oplossing bij aanvezigheid van calcium- en magnesLumionen. Chemische stoffen met sLechts bevochtigende en seguestrerende eigenschappen 15 zijn niet geschikt.

Gemeend vordt dat het remmen van ketelsteenvorming volgens de uitvinding tenminste ten dele een gevolgis van modificatie van het oppervlak van ketel steenkristallen door het chemische toevoegsel tijdens het vormen van’ ketel steen, 20 vaardoor de kri stallsatiesnelheid vordt verlaagd. Microscopisch . onderzoek heeft duidelijk gemaakt dat een aanzienlijke ver-vorming van de kri stallen i s als chemische verbindingen met een drempeleffekt op de beheersing van ketelsteenvorming, aanwezig zijn.

25 Er zijn allerlei geschikte toevoegsels in de handel verkrijgbaar en deze omvatten polymeren en copolymeren van maleinezuur, polyfosfonaten, fosfonzuurderivaten, amino-fosfonzuurderivaten, polyacrylzuur- en polymethacrylzuur-derivaten en polyolesters.

30 Polyfosfaten zijn eehter niet geschikt voor gebruik in verband met deze uitvinding dat, bij temperaturen van meer dan circa 88°C zij overgaan in de orthofosfaatvorm en met calcium- of ijzer die in de pekel aanvezig zijn kunnen precipiteren. Ze beheersen ook niet de vorming van magnesium-...35 hydroxydeketel steen.

8202866 - 1¾ -

Anorganische zuren zijn niet geschikt voor gebruik bij de uitvinding.

Een chemiseh toevoegsel waaraan de voorkeur wordt gegeven i s een gehydrolyseerd polymaleinezuuran hydride dat in de 5 bandel wordt gebracht door Ciba-Geigy Corporation (Aresley,

New York) onder het handelsmerk BELGARD EV of EVN. Dit materiaal wordt beschreven in Amerikaans octrooischrift 3.810.83^. Een ander zeer effektief chemisch behandelingsniddel wordt in de handel gebracht door American Cyanaraid Company onder de bandels-10 aanduiding P80; dit produkt omvat naar gemeend wordt een copoly-meer van maleinzuur en natriumallylsulfonaat. Andere geschikte cbemische behandelingsmiddelen zijn onder andere verbindingen die in de handel worden gebracht door Monsanto Company onder het handelsmerk DEQUEST. Het commerciele produkt DEQUEST 2010 15 (dat 1 -hydroxyl-ethylideen-1 -difosfonzuur omvat) ishiervan een voorbeeld. Ook het produkt van Pfizer Inc. dat wordt aangeduid als FL0C0N (bij voorbeeld FL0C0N 21+7) en de produkten van Mechanical Equipment Co. (New Orleans, Louisiana met de aan-duidingen M209 en M235 zijn geschikt.

20 Het BELGARD produkt, het produkt M209 van

Mechanical Equipment Co. en het bovengenoemde DEQUEST produkt worden geprefereerd, Het zal aan de vakmensen duidelijk zijn dat de werking van de verschillende geschikte chsmische toevoegsel s zal varieren; de werkwijze volgens de uitvinding geeft 25 echter een verbetering van het gedrag van alle polymeren van de hiervoor beschreven typen.

De doseersnelheden van de chemische toevoegsels voor beheersing van ketelsteenvorming zoals hiervoor geidentifi-ceerd kunnen gemakkelijk empirisch worden bepaald en vasfcge-30 steld werd dat doseersnelheden die kleiner zijn dan de door de verschillende fabrikanten van de toevoegsels aanbevolen doseersnelheden aanvaardbare resultaten geven, indien ze worden toegepast in combinatie met toevoeging van kooldioxyde volgens de werkwijze van de uitvinding.

-35 De volgende gedetailleerde voorbeelden dienen 8202866

> I

- 15 - ter illustratie van de praktijk van de uitvinding maar houden geen enkele beperking in ten aanzien van de uitvinding.

Voorbeeld I

Destillatie met dampcompressie 5 Fig. 1 illustreert een zeewaterverdamper van het dampcompressietype die is gemodificeerd zodat de werkwij ze volgens de uitvinding erin kan worden uitgevoerd. Hoewel de inricfating volgens fig. 1 in detail zal worden beschreven, zal fast duidelijk zijn dat de werkwijze volgens de uitvinding 10 niet beperkt is tot het gebruik van de specifieke inricfating volgens fig. 1, maar ook kan worden uitgevoerd in grote ver-scheidenheid van destillatie of andere verdampingsinrichtingen zoals faiema meer in detail beschreven.

De destillatieinricfafcing met dampcompressie 15 volgens fig. 1 is een gemodificeerde uitvoeringsvorm van de installaties beschreven in de Amerikaanse octrooi scfariften 3.7^8.23^, U.002.538 en k.260.k6J\. De de stillatie-eenheid omvat een verdamper met pijpenbundel die algemeen wordt aangeduid met 10 en een daarmee gecombineerde dampcompressor 12. In een 20 dergelijk systeem wordt water in de pijpen van een pijpenbundel 1¾ die een aantal pijpen 15 omvat, verdampt door warmteuit- | wi sseling met condenserende stoom die aan de buitenzijde van ! de pijpen van de verdamper 10 stroomt. De in de buizen ont- j wikkelde stoom of damp stroomt vanaf het boveneinde van de ' ; > 25 pijpenbundel 1^ omlaag door een omlaaglopend kanaal daarna ' omhoog door een inricfating voor de verwijdering van nevel of mist 20, naar de zuigzijde van de compressor 12. De stoom wordt in de compressor 12 gecomprimeerd en wordt daarna via een leiding 22 naar de mantelzijde van de verdamper 10 30 (de buitenzijde van de pijpenbundel) gevoerd waar het grootste deel van de stoom wordt gecondenseerd door contact met de pijpen 15. Destillaat (condensaat) wordt verwijderd via een leiding 2k door middel van een destillaatpomp 25. Het destillaat stroomt door een meter 26 en een warmteuitwisselaar die algemeen —35 is.aangegeven met 32, naar de opslag.

8202866

> I

- 16 -

V

Gefiltreerd voedingswater wordt door een voedings-pomp via een leiding 35 die een geheel vormt met een meng-inrichting 36 naar de warmteuitwisselaar 32 gepompt, Het voedingswater wordt verhit door warmteuitwisseling met heet destillaat 5 en met spuiwater en wordt toegevoerd aan een ontgasser k2. Op een punt voordat het in de menginrichting 36 komt wordt het voedingswater behandeld door toevoeging van een chemisch toe-voegsel voor beheersing van ketelsteenvorming zoals hiervoor omschreven, bij kh door middel van doseerpomp met een tank 10 (echematisch weergegeven bij 1+5) zoals in de techniek algemeen bekend is.

Het voedingswater wordt in de warmteuitwisselaar 32 bij voorkeur verhit tot enkele graden beneden het kookpunt.

In de ontgasser 1+2 worden niet-condenseerbare 15 gassen, waaronder stikstof, zUurstof en een kleine hoeveelheid kooldioxyde,uit het voedingswater verwijderd door wassen, bij voorkeur met stoom. De ontgasser k2 is bij voorkeur een gepakte kolom en het voedingswater wordt in de kolom of toren 1*2 ingevoerd via een sproeikop 1+6 of een andere inrichting voor 20 het verdelen van het water.

Stoom die uit de pijpenbundel 1*+ ontwijkt en die CO,, bevat dat is vrijgekomen bij de ontleding van bicarbonaat- ionen die in het voedingswater aanwezig waren wordt onder in de > » ontgassingskolom ingevoerd bij 1+7 en wordt bij voorkeur aan 25 de ontgasser toegevoerd via een leiding 1*8 die van een ontgassings-klep 1+9 aan de mantelzijde van de verdamper 10. Injektie van stoom onderin de ontgasserkolom k2 helpt om niet-condenseerbare gassen uit het omlaag stromende voedingswater vrij te maken en geeft voorverhitting van het voedingswater tot een temperatuur 30 die praktisch gelijk is aan of, bij voorkeur, hoger is dan de temperatuur van het water dat in de verdamper 10 circuleert.

In contact brengen van de gasstroom door leiding U8 met betrekke-lijk koud als voeding dienend zeewater geeft concentratie van het C0g dat in de leiding 1+8 aanwezig is, in de gasstroom door .. 35 leiding 50 die de ontgasser k2 verlaat.

8202866 - » **—*—" ***~ΟΛΛΑ .-».·· Λ .<*·ί'ι'...»· ...> —- — —— —-ΊΐΓ'Τ ' -- ·· -------- 9· s - 17 -

De niet-conden seerbare gassen en een kleine hoe-veelheid stoom stromen veg uit de ontgasser 42 door de leiding 50 naar een afgasklep 51· Ben kleine hoeveelheid niet-condenseerbare gassen vordt uit de leiding 50 afgelaten via de afgasklep 51 5 en het grootste dieel (bijvoorbeeld circa 80 %) van de niet- condenseerbare gassen stroomt door een klep 52 en een leiding 6o naar een orgaan voor de injektie van kooldioxyde, algemeen aange-duid met 61 velk orgaan het duidelijkst vordt veergegeven in fig. 2. De injektor voor kooldioxyde 61 oavat eengeperforeerde 10 buis 62 die is bevestigd aan een einde van de leiding 60 en is geplaatst onder het niveau van de pekel in de verdamper 10.

Bij een altematieve uitvoeringsvorm vordt een klein gedeelte van de voedingsstroom van zeevater uit de leiding 35 afgetakt via een leiding 63 (aangeduid met een sbreeplijn) 15 en naar een kleine kolom 6h gevoerd vaarin het voedingsvater kooldioxyde absorbeert dat vordt toegevoerd via leiding 65 t vanaf de ontgasser U2. ffiet-condenseerbare gassen vorden uit de kolom afgevoerd via een leiding 66 en vater dat kooldioxyde heeft opgenomen vordt naar de kooldioxydeinj ektor gevoerd door 20 middel van een pomp 67 in de leiding 68.

In beide uitvoeringsvormen stroomt ontlucht voedingsvater door een leiding 70 vanaf de bodem van de ontgasser k2 naar het bodemgedeelte van de verdamper 10. Er treedt een ! . i gering drukverval op vanaf de ontgasser 42 naar de verdamper 10 25 vaardoor stroming van vloeistof mogelijk is. Een vloeistofniveau- regelaar 72 in de ontgasser regelt de stand van een klep 7^ in de leiding 70 zodat het vloeistofniveau in de ontgasser 42 praktisch constant blijft, (alternatief kan een leiding met een bus vaardoor een vloeistof vordt gevormd (niet veergegeven) en 30 die een stuvschijf kan bevatten velke de stroming beperkt, tussen de ontgasser en de verdamper vorden gebruikt om de stroming van stoom van de ontgasser naar de verdamper te beperken).

Door regelen van de klep 52 in de gasleiding 60 in combinatie met de afga&lep 51 vordt de snelheid van injektie 35 van -kooldioxyde en van kleine hoeveelheden andere niet-condenseer- 8202866

I I

- 18 - bare gassen in de pekel voor de verdamper 10 geregeld.

De druk in de verdamper 10 wordt lets boven de atmosferische druk gehouden, bijvoorbeeld een overdruk van circa 7 kPa) zodat de pekel kookt bij circa 1C2,6°C 5 (een kookpuntsverhoging van circa 2,6°C) vaarbij stoom conden- seert in de buizen 1U bij circa 1CS°C, een netto ΔΤ van circa 3,5°C.

De gedeelten van de verdamper 10 die in contact komen met pekel worden in het algemeen vervaardigd uit aluminium-10 messing of een koper-nikkellegering (90/10).

Er verd een reeks van zeevaterdestillatieproeven uitgevoerd met een destillatie-inricfating met dampcompre SBie zoals veergegeven in fig. 1 en 2, een Mechanical Equipment Co. (MECO) installatie model M3B, voor 1,1 ll m^/h (nominale destillaat 15 produktie aielheid) met beheersing van ketelsteenvorming door chemise he toevoegsels, zowel met als zonder injektie van kool- i dioxyde (de bron van kooldioxyde bestond uit afgas van de ontgasser 1*2).

De P-alkaliteit van het als voeding dienende 20 koude zeevater was praktisch nul en de M-alkaliteit van de voeding bleef tijdens de proeven praktisch ongevijzigd op circa 110-120 dpm. De pH van de voeding varieerde tussen circa T,8 en 8,2.

j i

Tabel A geeft de resultaten weer van de proeven , 25 uitgedrukt in de tijdsduur van de proef, de gemiddelde pekel-concentratiefaktors, de vervuilingsfaktors (R^), de pH van de pekel en de P-alkaliteit en de kopergehalten in het spuivater en destillaat.

Tabel A laat zien dat de proeven 5 en 6 waarin 30 kooldioxydeinjektie en een chemisch toevoegsel voor beheersing van ketelsteenvorming verden toegepast zodanig dat de P-alkaliteit van het spuiwater betrekkelijk laag was, vervuilingsfaktoren per proefduur van 100 h gaven van de orde van de helft van die bij proeven zonder kooldioxydeinjektie, zonder dat er een be-35 · langrijke toename optrad in kopergehalte van het spuiwater en 8202866 r -tf, -ιιιΐίΐΜΐπ•’’'‘“UrTt* "ff ^'irτr--^ ''·'fh -^- · - ^--- - - ·»· --·--- ^:».λ.«·.ϊ.~·~·**ι.^.~. *-’ - 19 - i destillaat. (Die kopergehalten zijn indicatief voor de corrosie-snelheid).

{ : t * ! * { | : 8202866 - 20 - \ t r ® — j· j- _=f j-

Λ O *0 Ο 'ο Ο O

^ qxx'k’x x x iJ ocRcviooo oo ia

H r- oO VO »- On O O

fl) —.J-IAO’- t- -3· ,S irt » * * * * »

U K r~ r- T- r- Ο O

I 4 H t£ wC -d- -sl· -* Jt •Hill···—

Η Ο Ο Ο Ο Ο O

> ,_l (. ·* r· «· ^ ^ r· 3 o-^ h x x x x x h F -p «) oo ia oo o ia vo

Ο U M'-' 00 CM On CM »- VO

p > Vi p$ CM CM »- *” o . E4

OO

I O

•H U Η iff β ϋ

•d r- O 00 -3- IA VO

Η-Ρθ OOOJOOOO ON C- CO ·Η pt r- r— r— r- I 0) Ό : P+ +J^ it· ! p^ »ri ! SmSl ΙΛΟΟίΛ Ο O ! i Ό ^ o >4 co On vo itn irv CM j .J Pj J) » » · » · * SBO-POnOnOnONOnOn S i) « i) 600 >« i* I c : H «

O O

O C <0 h

Ό Ο ·ι-Ι O CO CO ON ON CO ON

•rf04J+>* * ·* » * * S 0} AJ r- i~ t- r·» t— r»

tM) h O

bo O +3 0)

Ό V4 ION

Li m % λ 3 a o A ° -4- cm o j· <n

p S fcw On -:!· On O vo NO

10 pv 0| t· r· r· r· r· ^ ^ %-t g

Pt T- CM CM 00-S· IA NO

8202866

It - 21 -

β M

0 β .

«0 ·η h ^ p >0 v in 3 0 ·£ d o al ·

> > > O

_ fi · β τΙ <- © ·Η Vi 6 ϊ 0 · ” >S o 60 +5 H f-l »rl ' w 0 A Vi ο β rt 2 f * : L> s 0) *“ · X 6 6 ΙΛ o „ _ vo β 60 β ί- +> β © i— to ·Η

* M CVI

Ο Ρι «ι-s in Ο ·Η .ρ Η β 0) <0 0 0 β V ΜΑ

0 A

p 0 0 0 0 “ > Η to 0 Μ •Η Ρ β «0 0 ·Η 0 3 d ω w,e 5 & « ό δ

ri Μ ·ι-3 CD

« ·Η ·Η - > Ρ β Η Ο jj 0 β β 0 s ο 0 g fi 0 «U Η <0 0 ·γΙ 0 Η Si Ο ^ +3 Ο 0 0 « ? g « Ρ —' ο -Ρ β 0 δ β β -rl μ . «ο 0 ·η -μ < rt+ + + w Ο »4 ·Η _ι ¢¢¢,0 ρ, ο ιη φ ιη in S S 13 ο·Η ο·γι ό·η ®ιί·η ο\ w ρν ιό *τ ·2 din 53 cupcvip -p©cvjpocv] ο OJ I « 2 ** * a % *« *a η s *. %*y § h § 'd I” |·5 g-s 8§·5 8 Is 8182 ' ? '5 81 5 II δ0«.Ιο~βο~|ε﫧 l« g|i-i i? 5*9 I.s &ϊ a# Is ds i ni^i |. 1¾ I f| Ί I i-bor-MmMvofOMvo coovofn>*H g — ^ w g ' S β Η o 0

C. .H < U O

: j, Γ 3 3 3 >0 . 1 ----

d Λ rt-S. ^ Λ «- OJ

β-ri g ·0 Ί* Έ* Jti " o' ’H 1fl t§* W ^ ^ ° β 0 .

O *3 I

β 0

p CM CM

rt n * β > Β O °

•Η «Η A I I Tj ., m «I

g »0 »— r- 10 CVJ CVI A

5 5, . « v « · · m i ο ο ο Ο o 8202866 t « - 22 -

Voorbeeld II

Dampcompressiede stillatie onder toevoeging van C02 via een zijstroom van de voeding

Fig. 3 geeft schematisch een altematieve uit-5 voeringsvorm weer van een dampcompressiede stillatie esteem van het type volgens fig. 1, waarbij een bij voorkeur toegepaste methode voor bet oplossenvan kooldioxyde in een zijstroom van het als voeding dienende zeevater vordt geillustreerd vaarmee uiteindelijk CO,, wordt toegevoerd aan de pekel. (elementen die 10 de installaties volgens fig. 1 en 3 gemeenschappelijk zijn aangegeven met dezelfde verwijzingscijfers. Enkele elementen uit fig. 1 zoals de compressor 12, verschillende kleppen of afsluiters en de destillaat- en spuileidingen die door de warmteuitwisselaar 32 heenlopen zijn duidelijkbeid&alve in 15 fig. 3 veggelaten).

In het systeem van fig. 3 wordt koud (tempera-tuur bijvoorbeeld 27°C) als voeding dienend zeewater, na toe-voegen van chemiseh toevoegsel op punt hk verdeelt in een zijstroom (leiding 80) en een hoofdvoedingsstroom (leiding 35).

20 De pH van de voeding bedraagt circa 8,3. De respectieve stroom-snelheden in de leidingen 80 en 35 kunnen bijvoorbeeld zijn circa 3*8 1/min en circa 1*5 »5 1/min. 1st voeding water in de leiding 35 wordt met pomp 3^ door de warmteuitwisselaar 32 | i gepompt waar het door warmteuitwisseling met destillaat ; 25 en spuiwater (leidingen niet weergegeven) wordt verhit en naar de spuitkop k6 van de ontgasser k2 geleid.

De zijstroom 80 wordt op het punt 82 gesplitst in twee stromen 8i* en 86. Stroom 8U met een snelfaeid van circa 3 1/min. wordt naar een eductor 90 geleid. De stroom door 30 leiding 86 (circa 0,8 1/min. wordt door een klep 92 naar een sproeikop geleid van een kolom 96 voor het in contact brengen van C0g met zeevater. (Altematief kan een vaterinlaat (niet weergegeven) vorden toegepast in plaat svan sproeikop 9*0.

Een geschikte eductor is de Penberthy Model LM

_ .35 1/2” eductor.

8202866 - 23 - * t t

De eductor 9 0 staat ook in verbinding met een afvoerleiding 50 van de ontgasser k2 waardoor niet-condenseerbare gassen (Og en Ng), COg en een kleine boeveelbeid vaterdamp vorden afgevoerd.

5 In de eductor 90vordt bet voedingswater uit leiding 8U onder druk gebracbt en gemengd met de afval-gassen uit de leiding 50 en ingevoerd in een leiding 100 die in de kolom 96 uitmondt onder bet oppervlak van een boeveelbeid in die kolom aanwezig zeewater 102« 10 Bij injektie in het zeewater 102 lossen de water- damp en bet grootste deel van bet COg in de leiding 100 op in bet zeewater 102. De niet-condenseerbare gassen en een kleine boeveelheid C0g lossen niet op en worden veriameld in een danrpruimte 103 van de kolom 96 boven bet oppervlak van bet 15 water 102.

Koud zeewater dat in de kolom wordt ingevoerd via de sproeikop absorbeert bet grootste deel van bet C0g dat in de dampruimte 103 aanwezig is. Niet opgelost COg en niet conden seerbare gaasen worden uit de dampruimte 103 20 afgevoerd via een afvoerklep 1(A en afgelaten naar de atmosfeer . via een leiding 106. (De klep 1(fc is in de tekening aangegeven ale een flotterklep, maar kan ook een naaldklep zijn een met t de band bediende spuiklep of een andere klep van een gescbikt type). i 25 Met kooldioxyde verrijkt voedingswater wordt vanuit de kolom 96 weggepompt (poop niet weergegeven) door leiding 110 naar een verdeler 112 die onder bet niveau van de pekel in de verdamper 10 is geplaatst. (Aan de verdamper 10 wordt ontlucbt zeewater toegevoerd via leiding 70 zoals werd 30 bescbreven in verband met het systeem van fig. 1).

Voorbeeld III

Meertraps en multi-effekt verdamper s

Zoals hiervoor opgemerkt kan de werkwijze volgens de uitvinding ook worden toegepasb met andere uit-35 voeringsvormen van zeewaterde stillatieapparaten dan de damp- compressie-apparaten volgens fig. 1. Voorbeelden van destillatie- 8202866 « ' - 2k - inrichtingen waar op de werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepasb zijn o.a. meertrap rontspanningsverdampers en vertikale of horizontale buisverdampers met multiple-effekt. Versehillende typen van meertrap s en multiple-effektde stilla-5 tiesystemen zijn aan de vakmensen algemeen bekend. Het Amerikaanse octrooischrift 3.218.2^1 beschrijft bijvoorbeeld twee uit-voeringsvormen van meertrap sontspanningsverdampers, beide met eenmalige doorvoer (zonder recirculatie) en met recirculatie, die worden gebruikt voor het ontzouten van zeewater.

10 In het algemeen omvatten meertraps en multi- effektverdampers een reeks van voorafgaande en volgende trappen, waarbij elke trap een ruimte beeft voor het opnemen van pekel en een ruimte voor het condenseren van damp. De ruimte voor het opnemen van pekel wordt omschreven al s dat gedeelte van elke 15 trap waarin pekel kookt (of onder ontspanning verdampt) of met op het punt staat te gaan koken (of door ontspanning te gaan verdampen). De respectievelijke volgende trappen werken bij lagere drukken dan voorafgaande trappen.

Bij bet toepassen van de werkwijze volgens de 20 uitvinding op meertrap smtspanningsverdampers is het gewenst om gerecirculeerd CO^ in te voeren in de pekel van de laatste trap in plaats van voorafgaande trappen zodat eenmaal inge-voerde, geabsorbeerde COg niet zal worden onderworpen aan koken voordat het door warmteuitwisselaarbuizen is gepompt.

25 Op deze wijze wordt COg gereserveerd voor zijn hoofdtaak, het verminderen van de vorming van ketel &een in de condensors van de trappen (de bandcondensatieruimten). Omdat de conditie van de pekel in de ont ipanningsverdamping Earner s ( de ruimten voor bst opnemen van pekel) zodanig kunnen zijn dat er kans is 30 op vorming van magne siumhydroxydeketel sbeen op die wanden van de kamers die werken bij betrekkelijk hoge temperaturen, kan echter het invoeren van een beetje COg in de bij hoge tempera-tuur werkende trappen ook gewenst zijn, teneinde het vormen en ophopen van ketelsteen daarin te voorkomen.

35 Daar elke volgende trap van een meertrapsont- 8202866 - 25 - s Λ i spanningsverdamper verkt bij een lage druk in vergelijking met de voorafgaande trap kan de condenser van elke trap worden gespuit in de pekelsektie van de onmiddellijk volgende trap en daardoor een groot deel van bet kooldioxyde dat vrijkomt uit de 5 pekel in de voorafgaande trap vervangen. Ifet is op deze wijze mogelijk om extreme chemi sche omstandigheden in de pekel te vermijden die zouden kunnen leiden tot het bevorderen van de vorming van magnesiumhydroxyde ketelsteen in de gehele de stilla-tieinrichting.

10 In sommige gevallen kan bet echter noodzakelijk zijn om kooldioxyde te spuien uit een eondensor van een trap naar de pekel van de tveede of derde volgende trap teneinde een voldoende drukval te verkrijgen om kooldioxydeinjektie praktisch uitvoerbaar te maken omdat, in sommige meertrapsont spannings-15 verdamper s, het drukverval tussen onmiddellijk opeenvolgende trappen betrekkelijk klein is, Dit probleem wordt nog ernstiger omdat kooldioxyde bij voorkeur wordt geinjekteerd op een vrij grote diepte in de pekel,

Een andere oplossing bij meertrapsont gaannings-20 verdampers is om stromen die rijk zijn aan kooldioxyde van reeksen van trappen te verzamelen en het verzamelde kooldioxyde , te injekteren in de pekel op een of ander punt van de in stalla- : tie vaar een lagere druk beerst.

| In bet geval van vertikale of horizontale ; 25 bui sirerdampers met multiple-eff ekt moeten stromen die rijk zijn aan CO,, uit de stoomcondensatie sekties van de reqpectieve trappen worden afgevoerd en worden gemengd met de pekel van volgende trappen. Bet zal aan de vakmensen duidelijk zijn dat de hiervoor beschreven werkwijze en inrichtingen de ontzouting 30 mogelijk maken van zeewater of andere verdampbewerkingen mogelijk maken bij brak water onder eliminatie of aanzienlijke vermindering van de vorming van alkali sche ketel steen zonder een wezenlijke toename van de corrosieverschijnselen in destillaat en pekel. Op deze wijze kan de produktiecapaciteit gedurende 35 lange werkperioden worden gehandhaafd zonder een vermindering in 8202866 - :,26 - t - a doorzet veroorzaakt door afzettingen op buizen of andere opper-vlakken.

Uit de hiervoor gegeven gedetailleerde be-schrijving zal het duidelijk zijn dat de onderhavige uitvinding 5 is gelegen in de begrensde vermindering van de P-alkaliteit an pH van pekel die met chemische toevoegsels isbehandeld, door toevoegen daaraan van kooldioxyde waardoor hat ketelsteen-vorming remmende effekt van het chemische toevoegsel*aanzienlijk wordt versterkt. Dit effekt wordt bereikt zonder het ongewenste 10 neveneffekt van een wezenlijke toename van de corrosieneiging van de pekel, omdat de concentratie van vrij kooldioxyde in de pekel beperkt wordt gehouden.

De genoemde gewenste trajekten voor de p Een de P-alkaliteit zijn gewenst bij de tegenwoordig in de handel 15 verkrijgbare chemische toevoegsels zoals hiervoor werden om-schreven. Mochten er in de toekomst chemische verbindingen worden ontwikkeld voor het remmen van de vorming van alkalische ketel steen bij hogere P-alkaliteit en pHjdan zullen de doel-stellingen van de uitvinding 00k in dat geval met dergelijke 20 chemische verbindingen bereid kunnen worden met behulp van de beschreven maatregelen, dat wil zeggen verlaging van de P-alkaliteit en pH van de pekel die met die chemicalien wordt behandeld door toevoegen van kooldioxyde. Daardoor zullen de alkalische ketel steenvorming remmende eigenschappen vandsrge-; 25 lijke chemicalien worden vergroot.

8202866

Claims (24)

1. Werkwijze voor het verminderen of nagenoeg elimineren van de vorming van alkalisc he ketel sfceen op de oppervlakken van apparatuur die in contact zijn met verdampende 5 alkalische pekel .die tenminste een chemiseh toevoegsel voor de beheersing van ketelsteenvorming bij hoge temperatuur bevat welk toevoegsel een drempelremming van alkalische ketelsteen-vorming bewerkstelligt, met het kenmerk. dat men in de pekel na of gelijktijdig met het verdampen ervan een hoeveelheid 10 kooldioxyde oplost die voldoende is om ontleding van bicarbonaat-ionen in die pekel in belangrijke mate te verminderen, maar onvoldoende om te leiden tot aanzienlijke hoeveelheden chemiseh niet gebonden kooldioxyde in die pekel, waardoor corrosieve omstandigheden en vorming van alkalische ketel sbeen worden ver-15 meden.

2. Werkwijze volgens conclude 1, met bet kenmerk, dat het bij hoge temperatuur verkende toevoeg sel voor de beheersing van ketelsteenvorming bestaat uit een of meer polymeren en/of copolymeren van malexnezuur, uit poly-20 fosfonaten, fosfonzuurderivaten, aminofosfonzuurderivaten, polymetacrylzuur- en/of polyacrylzuurderivaten, polyolesters en/of mengsels daarvan. 3* Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de hoeveelheid kooldioxyde die wordt opgelost 25 zodanig is dat de P-alkaliteit van de pekel wordt gehandhaafd tussen circa 20 en 90 dpm, uitgedrukt als equivalenten calcium-carbonaat en de pffvan de pekel wordt gehandhaafd tussen circa 8,7 en 9,3. k. Werkwijze volgens conclude 3, 30 met het kenmerk, dat de concentratie aan chemiseh niet gebonden kooldioxyde in de pekel op minder dan circa 1 dpm wordt gehouden.

5· Werkwijze volgens conclusie kt met het kenmerk, dat de concentratie aan chemiseh niet gebonden 35 kooldioxyde in de pekel kleiner is dan circa 0,5 dpm. 8202866 k' ί - 28 -

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk,. dat de alkalische pekel verdampt bij een temperatuur van 88°C of hoger. T. Werkwijze voor het remmen van de vorming van 5 alkalische ketelsteen in pekel die moet vorden verdampt, waarbij een chemisch toevoegsel voor de beheersing van ketelsteenvorming bij hoge temperatuur dat een drempelremming van ketelsteenvorming bewerkstelligt tijdens de verdamping in de pekel aan-wezig is, met het kenmerk, dat men aan de pekel na of gelijk-10 tijdig met de verdamping kooldioxyde toevoegt om de P-alkaliteit en de pH van die pekel te verlagen in vergelijking met pekel die alleen met het toevoegsel is behandeld, zodat het ketelsteenvorming remmende vennogen van het toevoegsel wordt verhoogd.

8. Werkwijze voor het remmen van de vorming 15 van alkalische ketelsteen in pekel die een aanzienlijke hoe-veeheid carbonaationen bevat gevormd door ontleding van in de ' pekel aanwezige bicarbonaationen, waarbij een chemisch ketel steen vorming regelend toevoegsel dat werkt bij hoge'temperatuur en dat een drempelremming van alkalische ketelsteenvorming ; 20 bewerkstelligt,'tijdens die ontleding in de pekel aanwezig is, :met het keiimerk, dat het kooldioxyde aan de pekel wordt toe-gevoegd na of gelijktijdig met de ontleding, om de P-alkaliteit “'••ί j -gn pH van de .pekel te verlagen in vergelijking met pekel die ! alleen met het toevoegsel is behandeld, zodat het ketelsteen • 25 vormingremmende vennogen van het toevoegsel wordt verhoogd, welk kooldioxyde aan de pekel wordt toegevoegd door gasvormig kooldioxyde op te lossen in betrekkelijk koude waterstroom en mengen die met kooldioxyde beladen waterstroCmnte;γ met de pekel.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de waterstroom een zijstroom is van een stroom als voeding-^ dienend water.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het ken-35 merk dat het kooldioxyde in de zijstroom van'als -voedingdienend 8202866 - 29 - ί 1 ! Water wordt ge&racht door niet-condenseerhare gassen die bij een verdampingsproces uit de pekel zijn vrijgekomen te verzamelen en die gassen naar de zijstroom te voeren en met de zijstroom te mengen.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, 5 dat het mengen van de zijstroom van als voedingdienend water en van de gassen plaatsvindt door de gassen en die zijstroom te mengen en onderdruk te brengen in een eductor en vervolgens de gemengde gassen en zijstroom in contact te brengen met betrekkelijk koud water.

12. Werkwijze volgens dSn der conclusies 8-11, met 10 het kenmerk, dat het betrekkelijk koude water zeewater omvat.

13. Destillatieinrichting, omvattende een verdamper met pijpenbundel met een kamer aan de buitenzijde van de pijpen (mantelzijde) en met een de pijpen omvattende kamer (pijpenzijde), middelen voor het toevoeren van alkalische pekel aan het zij de man- 15 telzijde of de pijpenzijde, middelen voor het in contact brengen van een deel van de pekel met tenminste een warmteoverdrachtsoppervlak . j van de warmte uitwisselaar om de pekel tot koken te verhitten, mid-' delen voor het toevoeren van een damp aan de andere van de twee zijden (mantelzijde en pijpenzijde) om de pekel die in contact is met het 20 warmte overdrachtsoppervlak tot koken te verhitten, gekenmerkt door een bron van kooldioxyde, middelen die in verbinding staan met de pekel en met de bron van kooldioxyde om kooldioxyde uit die bron toe te voeren aan de pekel, een bron van een chemisch toevoegsel voor de heheersing van ketelsteenvorming bij hoge temperatuur, welk toevoeg-25 ael een drempelremming van alkalische ketelsteen vorming in de pekel kan beverkstelligen en middelen die in verbinding staan met die bron van (chemisch toevoegsel en met de middelen voor het toevoeren van pekel, vaardoor een hoeveelheid van dat toevoegsel aan de pekel wordt toegevoegd, voordat de pekel wordt gekookt.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de bron van kooldioxyde middelen omvat die in verbinding staan met de dampruimte van die zijde van de warmtewisselaar die met de pekel in contact komt.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het 35 ' kenmerk, dat de middelen die in verbinding staan met de 8202866 - 30 - . v , s* pekel en met de bron van kooldioxyde een leiding omvatten die eindigt in een injector die uitmondt beneden het niveau van de pekel. '5 16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de injector een geperforeerde pijp omvat. ϊ ·

17. Inrichting volgens een der con-clusies 13 - 16, met Ret ^keiimerk,' dat de ontgasser (ontluchter) 10 in die leiding is geplaatst tussen' de pekelverzamelzijde van de warmtewisselaar en de injector.

18. Inrichting volgens conclusie 14, met het'kenmerk, dat hr/: de bron van kooldioxyde en een eerste 15 bron van water elk in verbinding staan met een eerste reeks middelen voor het mengen van het kooldioxyde en water onder vorming van een eerste stroom van met kooldioxyde beladen water en die mengorganen verder in verbinding staan met een tweede reeks van organen voor het mengen van de eerste stroom van met 20 kooldioxyde beladen water met een tweede bron van water, welke tweede bron van water in verbinding staat met de pekel van de wammteuitwisselaar.

19. Inrichting volgens conclusie 18, 25 met het kenmerk, dat de eerste reeks mengorganen een eductor omvat en de tweede reeks mengorganen een kolom voor het in contact brengen van gas en vloeistof omvat.

20. Inrichting volgens conclusie 18 of 30 19, met het keiimerk, dat de eerste bron van water een zijstroom omvat van een als voedingdienende stroom.zeewater die de pekel aan de warmteuitwisselaar levert.

21. Werkwijze voor het verminderen <jf 8202866 - 31 - V t «. in aanzienlijke mate elimineren van de vorming van alkalische ketelsteen op oppervlakken van. een meertraps verdamper die met vloeistof en damp of stoom in contact komen, omvattende een reeks van voorafgaande en volgende trappen, waarbij elke trap 5 een ruimte omvat voor.het opnemen van pekel en een ruimte omvat voor condensatie van damp of stoom met een drukverval tussen de direct voorafgaande en volgende trap waarin alkalische pekelstroom Tr # - van elke voorafgaande trap naar een aangrenzend volgende trap, een.deel van.de pekel in de volgende trap wordt verdampt, een 10 hoeveelheid pekel die tenminste een it f chemisch toevoegsel voor de beheersing van ketelsteenvorming bij hoge temperatuur omvat die een drempelremming van alkalische ketelsteen f ' · ming teweeg brengt en een aanzienlijke hoeveelheid carbonaat-ionen omvat die worden gevormd bij ontleding van bicarbonaat 15 ionen in de pekel tijdens de verdamping, met :het :keiimerk, dat in de pekel tijdens de verdamping een hoeveelheid kooldioxyde wordt opgelost die voldoende is om de snelheid en mate van bicarbonaat-ion ontleding in de pekel aanzienlijk te verminderen maar on-voldoende is om.te leiden tot een aanzienlijke hoeveelheid van 20 chemisch nietgebonden kooldioxyde in de pekel, waardoor corrosive omstandigheden en vorming van alkalische ketelsteen worden ver- : meden. i

22. Werkwijze volgens conclusie 21, 25 .Jiet het kenmerk, dat tenminste een deel van.het kooldioxyde wordt opgelost in de pekel door dat kooldioxyde uit de condensatieruim-te verdamp van een voorafgaande trap te rescirculeren naar de pekel (opnemende) ruimte van een volgende trap.

23. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het chemische toevoegsel voor de beheersing van ketelsteenvorming wordt gekozen uit de groep bestaande uit polymeren en copolymeren van malexnezuur, polyfosfonatfem, fos-fonzuurderivaten, aminofosforzuurderivaten, polymethacry1zuur-35_________________________________________________________________________________ ____________________________ ____________________ 8202866 »v - 32 - en polyacrylzuurderivaten, polyolesters of mengsels daarvan.

24. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid opgelost kooldioxyde zodanig 5 is dat de P-alkaliteit van de pekel tussen circa 20 en 90 dpm wordt gehouden, uitgedrukt als^, equivalenten calciumcarbonaatuen de pH van de.pekel tussen ca 8,7 en 9,3 wordt gehouden.

25. Werkwijze volgens conclusie 24, 10 met het kenmerk, dat de concentratie aan chemisch niet gebonden kooldioxyde in de.pekel op minder dan circa 1 dpm wordt gehand-haafd.

26. Werkwijze volgens conclusie 25, 15 met het kenmerk, dat de concentratie aan chemisch niet gebonden kooldioxyde in de pekel kleiner is dan circa 0,5 dpm. j . !

27. Werkwijze volgens conclusie 21, met-het keiimerk, dat het kooldioxyde wordt gerecirculeerd van- 20 uit de dampcondensatieruimte van een aantal voorafgaande trappen • . , ' , i naar de pekel bevattende ruimte (pekelopneemruimte) van tenminste : een trap die volgt op elk van de vele voorafgaande trappen. ! t i ;

28. Meertrapeverdamper, omvattende een . 25 reeks van voorafgaande en volgende trappen, waarbij elke trap een ruimte omvat voor het opnemen van pekel en een dampcondensatie-ruim omvat met een drukverval tussen aangrenzende voorafgaande en volgende trappen ten opzichte van een aangrenzende volgende trap, voor .verdamping van een deel eieivan in die aangrenzende 30 volgende trappen^middelen omvat voor het toevoeren van pekel aan de eerste van die trappen,kwam welke verdamper verder een bton van kooldioxyde omvat, middelen omvat die in verbinding staan met tenminste ( ·. ieenp pekelopneemruimte of dampcondensatieruimte en met de kooldioxyde bron zodat kooldioxyde vanuit' - 35 die bron aan de pekel wordt toegevoerd, een bron van een chemisch 8202866 ♦ - 33 - .-. «* toevoegsel voor de beheersing van ketelsteenvorming '-.'r-rbij hoge temperatuur en die in staat is om een drempelremming van ketelsteenvorming te geven in de pekel en middelen voor het in-voeren van een hoeveelheid van dat toevoegsel vanuit een verdere 5 bron, aan pekel, voordat verdamping daarvan in de eerste trap plaatsvindt. 29. .Verdamper volgens conclusie 28, met bet keilmerk, dat de bron van kooldioxyde middelen omvat 10 die in verbinding staan met de dampcondensatieruimte van een voorafgaande trap, en met de pekelopneemruimte van een volgende trap. 30» Verdamper volgens conclusie 28, 15 met bet keiimerk, dat de bron van kooldioxyde middelen omvat die verbinding geven met de dampcondensatieruimte van een aantal voorafgaande tirappen, en de pekelopneemruimte van tenminste een trap die volgt op elk van de voorgaande trappen. i l 8202866